第5章 螺纹联接幻灯片.ppt

连接分类 第二篇连接 第五章螺纹连接与螺旋传动 5 1螺纹 5 2螺纹连接的类型与标准连接件 5 3螺纹连接的预紧 5 6螺纹连接组的设计 5 5螺纹连接的强度计算 5 8提高螺纹连接强度的措施 5 7螺纹连接件的材料与许用应力 5 9螺旋传动 5 4螺纹连接的防松 一 螺纹的形成 第一节螺纹 第一节螺纹 右旋 单头 左旋 单头 右旋 双头 二 螺纹基本知识 大径d 公称直径 M20 d 20mm小径d1 螺纹的最小直径 中径d2 齿厚 齿槽宽处直径 几何计算用 一般取 d2 d d1 2 螺距p 线数n n 1时用于联接 n 1时用于传动 n 但为便于制造n 4 牙形角 螺纹牙两侧面夹角 1 螺纹的主要参数 2 螺纹的类型 螺纹位置 内螺纹 螺母 外螺纹 螺钉 螺纹旋向 左旋螺纹 右旋螺纹 常用 中径升角 导程s s np 联接螺纹 一般为单线 粗牙 右旋的三角螺纹 螺纹线数 单线 联接 多线 传动 单线螺纹多用于连接 多线螺纹则常用于传动 三角形螺纹用于连接 梯形 锯齿形螺纹 矩形螺纹用于传动 连接用螺纹 传动用螺纹 三角形螺纹 矩形 梯形和锯齿形螺纹 螺纹 第二节螺纹连接的类型与标准连接件 一 主要类型 注意各图的画法 4 紧定螺钉联接 螺钉末端顶住另一零件的表面或相应凹坑 以固定两个零件的相互位置 并可传递不大的力或力矩 特殊结构的螺纹连接 如 T型槽螺栓连接 吊环螺钉连接和地脚螺栓连接等 说明 说明 连接类型与标准件2 二 标准螺纹连接件 第二节螺纹连接的类型与标准连接件 螺纹连接件的类型很多 在机械设备中常见的有螺栓 双头螺栓 螺钉 螺母和垫圈等 这类零件的结构型式和尺寸都已标准化 设计时应根据有关标准选用 性能等级 1 螺栓等 十个性能等级 如 3 6 4 6 4 8 或 smin 6 8 10 480MPa 2 螺母 七个等级 与螺栓性能相配 自学 1 螺栓等 十个性能等级 如 3 6 4 6 4 8 一 拧紧目的 联接的可靠性和紧密性 联接的疲劳强度 联接的刚度防止被联接件间出现缝隙或发生相对位移 二 拧紧力矩T 第三节螺纹连接的预紧 预紧力和预紧力矩之间的关系 拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限ss的80 三 预紧力的确定原则 四 控制T的方法 一般情况凭经验 拧紧即可 测量螺栓伸长量 大型螺栓联接 定力矩扳手 测力矩扳手 冲击扳手 采用测力矩扳手或定力矩扳手控制预紧力 准确性较差 也不适用与大型的螺栓联接 为此 可以采用测量螺栓伸长量的方法来控制预紧力 测量螺栓伸长量 五 严格控制预紧力时 d M12 M16 标准扳手长度L 15d 若拧紧力为F 则 T FL 15dF 0 2F0d F0 75F若F 200N 则F0 15000N 小于M12 则易拉断 习题1 在常用的螺旋传动中 传动效率最高的螺纹是 1 三角形螺纹 2 梯形螺纹 3 锯齿形螺纹 4 矩形螺纹 2 在常用的螺纹联接中 自锁性最好的螺纹是 1 三角形螺纹 2 梯形螺纹 3 锯齿形螺纹 4 矩形螺纹 3 当两个被联接件不太厚时 宜采用 1 双头螺柱联接 2 螺栓联接 3 螺钉联接 4 紧定螺钉联接 4 当两个被联接件之一太厚 不宜制成通孔 且需要经常拆装时 往往采用 1 螺栓联接 2 螺钉联接 3 双头螺柱联接 4 紧定螺钉联接 4 1 2 3 5 当两个被联接件之一太厚 不宜制成通孔 且联接不需要经常拆装时 往往采用 1 螺栓联接 2 螺钉联接 3 双头螺柱联接 4 紧定螺钉联接 6 在拧紧螺栓联接时 控制拧紧力矩有很多方法 例如 1 增加拧紧力 2 增加扳手力臂 3 使用测力矩扳手或定力矩扳手 7 螺纹联接预紧的目的之一是 1 增强联接的可靠性和紧密性 2 增加被联接件的刚性 3 减小螺栓的刚性 8 有一汽缸盖螺栓联接 若汽缸内气体压力在0 2Mpa之间循环变化 则螺栓中的应力变化规律为 1 对称循环变应力 2 脉动循环变应力 3 非对称循环变应力 4 非稳定循环变应力 2 3 1 3 防松原理消除 或限制 螺纹副之间的相对转动 或增大相对运动的难度 第四节螺纹连接的防松 防松目的 1 螺纹000000000000000000000000联接按自锁条件设计 v 静载下不会自行松脱 2 松动原因 对顶螺母 按防松原理不同 分为三类 a 摩擦防松 自锁螺母 弹簧垫圈 开口方向 斜向右下方 止动垫圈 串联金属丝 c 破坏螺纹副关系 胶接 以特殊技术使特殊的工程树脂材料永久粘附在螺牙上 利用工程树脂材料的反弹性 使螺栓和螺母在锁紧过程中通过挤压工程树脂材料产生强大的摩擦力 达到对震动及冲击的绝对阻力 彻底解决了螺丝的松动问题 防松紧固的新工艺 微型胶囊防松紧固加工工艺 当紧固件安装进去时 胶囊就会破裂 产生化学反应使之凝固 但以前的这种加工需要较长的凝固时间 而且保管时间也比较短 在使用方法与稳定上都给使用者带来很多不便 Precote 作为一种化学毡合剂 他的主要特性就是环氧树脂与固化剂各自独立包装在微型胶囊里 这种专利技术与只有一种成分的胶囊包装工艺相比 他的寿命更长 而且可以避免由于潮湿或溶剂反应而使之提前固化 4 结构防松 唐氏螺纹防松 唐氏螺纹同时具有左旋和右旋螺纹的特点 由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向 锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退 导致紧固螺母无法松动 唐氏螺纹紧固件利用螺纹自身矛盾 以松动制约松动 起到 以毒攻毒 的效果 设计螺栓的方法成组使用 应力均匀分布 螺栓组受力分析 求Fmax 单个螺栓的受力分析 求F2 1 受力分析 2 应力分析3 失效分析4 材料选择5 计算准则6 主要参数计算 d 查标准螺栓 螺母 垫片 7 结构设计l 螺杆长度 根据被联接件的厚度 一 螺栓联接的失效形式 联接的失效形式 主要是指螺纹联接件的失效 对于受拉螺栓 其失效形式主要是螺纹部分的塑性变形和螺杆的疲劳断裂 对于受剪螺栓 其失效形式可能是螺栓杆被剪断或螺栓杆和孔壁的贴合面被压溃 第五节螺纹连接的强度计算 二 螺栓联接的强度计算准则 对于受拉螺栓 设计准则是保证螺栓的静力或疲劳抗拉强度 对于受剪螺栓其设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的抗剪强度 其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用 螺纹连接的强度计算1 螺栓连接的强度计算主要与连接的装配情况 预紧或不预紧 外载荷的性质和材料性能等有关 螺栓连接强度计算的目的是根据强度条件确定螺栓直径 而螺栓和螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸均按标准选定 第五节螺纹连接的强度计算 三 螺栓连接的强度计算 螺纹连接的强度计算1 松螺栓连接强度计算 紧螺栓连接强度计算 1 仅受预紧力的紧螺栓连接 2 受轴向载荷的紧螺栓连接 3 承受工作剪力的紧螺栓连接 第五节螺纹连接的强度计算 1 仅受预紧力的紧螺栓连接 预紧力引起的拉应力 螺牙间的摩擦力矩引起的扭转剪应力 强度条件 根据第四强度理论 螺栓在预紧状态下的计算应力 当连接承受较大的横向载荷F时 由于要求F0 F f f 0 2 即F0 5F 因而需要大幅度地增加螺栓直径 为减小螺栓直径的增加 可采用减载措施 解决问题 a 工作时螺栓总载荷 2 b 保证安全可靠的工作 残余预紧力F1 工作特点 工作前拧紧 有预紧力F0 工作后加上工作载荷F 工作前 工作中载荷变化 2 受轴向载荷的紧螺栓连接 螺纹连接的强度计算3 这时螺栓的总拉力为 为使工作载荷作用后 连接结合面间有残余预紧力F1存在 要求螺栓连接的预紧力F0为 静强度条件 式中F1为残余预紧力 为保证连接的紧密性 应使F1 0 一般根据连接的性质确定F1的大小 详细分析 疲劳强度校核 螺纹连接的强度计算4 3 承受工作剪力的紧螺栓连接 这种连接是利用铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的 螺栓杆与孔壁之间无间隙 接触表面受挤压 在连接结合面处 螺栓杆则受剪切 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为 螺栓杆的剪切强度条件为 式中 F 螺栓所受的工作剪力 单位为N d0 螺栓剪切面的直径 可取螺栓孔直径 单位为mm Lmin 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度 单位为mm 设计时应使Lmin 1 25d0 螺纹连接组的设计1 在设计螺栓组连接时 关键是连接的结构设计 它是根据被连接件的结构和连接的用途 确定螺栓数目和分布形式 一 螺栓组连接的结构设计 各螺栓之间的距离大小既要保证连接的可靠性又要考虑装拆方便 还应留有足够的扳手空间 大多数机械中螺栓都是成组使用的 第六节螺栓组连接的设计 螺纹连接组的设计1 为了便于加工制造和对称布置螺栓 保证连接结合面受力均匀 通常联接结合面的几何形状都设计成轴对称的简单几何形状 螺栓布置应使各螺栓的受力合理 螺栓的排列应有合理的间距 边距 为了便于在圆周上钻孔时的分度和画线 通常分布在同一圆周上的螺栓数目取成4 6 8等偶数 避免螺栓承受附加的弯曲载荷 二 螺栓组连接的受力分析 一 思路 联接结构形式 外载荷类型 螺栓受力 找出受载最大螺栓 按单个螺栓联接的计算方法计算 二 基本假定 1 各螺栓刚度相同 2 各螺栓F0相同 3 变形在弹性范围内 4 被联件为刚体 三 四种典型受载情况时的受力分析 螺纹连接组的设计2 螺栓组受力分析的类型 螺纹连接组的设计3 a 受拉螺栓连接 图a 式中 z为螺栓数目 1 受横向载荷的螺栓组连接 或 Ks为防滑系数 设计中可取Ks 1 1 1 3 b 受剪螺栓 图b 1 特点 横向载荷作用线与螺栓轴线垂直 并通过螺栓组对称中心 形闭合 受剪螺栓 靠杆的剪切与挤压承载 2 承载方式 a 受拉螺栓连接 图a a 受拉螺栓连接 图a a 受拉螺栓连接 图a b 受剪螺栓 图b 形闭合 受剪螺栓 靠杆的剪切与挤压承载 2 受转矩的螺栓组连接 特点 在转矩T作用下 底板有绕螺栓组形心轴线O O旋转的趋势 摩擦力承载 各螺栓处产生的摩擦力相等F0f 1 受拉螺栓联接 工作条件 2 受剪螺栓联接 靠剪切和挤压承载 各螺栓在T作用下受横向力Fs 问题 F1 F2 Fz 即Fi与ri成正比 工作条件 F1r1 F2r2 Fzrz T 变形协调条件 底板视为刚体 ri 剪切变形量 Fi 代入工作条件中 或 螺纹连接组的设计5 3 受轴向载荷的螺栓组连接 螺栓还受F0 F2 特点 载荷与螺栓轴线平行 并通过螺栓组对称中心 各螺栓组平均受载 工作条件 F1 0 4 受翻转力矩M 倾覆力矩 的螺栓组联接 特点 在M作用下 底板有绕螺栓组形心轴翻转的趋势 作用M后 左侧 F拉 不均匀 右侧 F压 不均匀 F0 工作条件 变形协调条件 其它条件 讨论 设计时 如何布置螺栓更合理 远离对称中心 Li Fmax 左侧不出现缝隙右侧边缘不压溃 螺纹连接组的设计7 螺栓的总拉力 底板受倾覆力矩后 在轴线O O左侧 螺栓与地基的工作点分别移至B1和C1 两者作用在底板上的合力为F 在轴线O O右侧 螺栓与地基的工作点分别移至B2和C2 两者作用在底板上的合力为Fm 在倾覆力矩作用前 螺栓和地基的工作点都处于A点 螺纹连接组的设计7 为防止结合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙 要求 实际应用可转化为上述四种状态的不同组合 分别计算 习题 一 选择题8 承受预紧力F0的紧螺栓联接在受工作拉力F时 剩余预紧力为F1 其螺栓所受的总拉力F2为 1 2 3 4 9承受横向载荷或旋转力矩的紧螺栓联接 该联接中的螺栓3 1 受剪切作用 2 受拉伸作用 3 受剪切和拉伸作用 4 既可能受剪切又可能受拉伸作用 2 4 10 现有一单个螺栓联接 要求被联接件的结合面不分离 假定螺栓的刚度Cb与被联接的刚度Cm相等 联接的预紧力为F0 现开始对联接施加轴向载荷 当外载荷达到与预紧力F0的大小相等时 则 1 被联接件发生分离 联结失效 2 被联接件即将发生分离 联接不可靠 3 联接可靠 但不能再继续加载 4 联接可靠 只要螺栓强度足够 外载荷F还可继续增加到接近预紧力F0的两倍 11 在下列四种具有相同公称直径和螺距并采用相同的配对材料的传动螺旋副中 传动效率最高的是 1 单线矩形螺纹 2 单线梯形螺纹 3 双线矩形螺纹 4 双线锯齿形螺纹 12 被联接件受横向载荷作用时 若采用一组普通螺栓联接 则载荷靠 来传递 1 结合面之间的摩擦力 2 螺栓的剪切和挤压 3 螺栓的剪切和被联接件的挤压 4 3 1 13 设计螺栓组联接时 虽然每个螺栓的受力不一定相等 但对该组螺栓仍均采用相同的材料 直径和长度 这主要是为了 1 外形美观 2 购买方便 3 便于加工和安装 14 确定紧螺栓联接中拉伸和扭转复合载荷作用下的当量应力时 通常是按来进行计算的 1 第一强度理论 2 第二强度理论 3 第三强度理论 4 第四强度理论 15 当采用铰制孔用螺栓联接承受横向载荷时 螺栓杆受到作用 1 弯曲和挤压 2 拉伸和剪切 3 剪切和挤压 4 扭转和弯曲 3 4 3 例题1平行 均匀分布 解 例题2某钢制吊架用螺栓组固定在水平钢梁上 螺栓组由四个普通螺栓组成 解 找中心线 向中心简化 向联接中心平移 有两种基本外载荷 轴向力和倾覆力矩 在倾覆力矩作用下 一边受拉 另一边受力减小 力臂最大处 载荷最大 例3分析铰制孔螺栓联接两个方案 哪个合理 1 将P向中心简化 2 单个螺栓的受载 由P产生的横向载荷 由T产生的横向载荷 3 方案比较 力的合成 方案一中 螺栓1的合力R1最大 方案二中 螺栓1的合力R2最大 方案一较合理 例题4试分析图示电动机螺栓联接中受哪几种基本载荷 解 左 右翻 前 后翻 同时受横向 轴向 转矩和翻转力矩的作用 二 性能等级 1 螺栓等 十个性能等级 如 3 6 4 6 4 8 或 s